第1章 色度學的基本知識

《彩色電視機原理與維修》

電子教案胡津津第1章色度學的基本知識

學習目標掌握：可見光的特性，彩色三要素和三基色原理。理解：相加混色法，色度三角形。了解：視覺特性。1.1光和色的基本知識1.1.1可見光的特性

光是一種具有能量的物質，是一種頻率很高的電磁波，傳播的速度為3×108m/s。

圖1-1電磁輻射波譜人眼可以看見的光叫可見光，波長范圍是380~780nm。

色感：不同波長的光射入眼睛后可引起不同的彩色感覺。波長從長變短，感覺依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。

白色光是各種單色光的混合效應。太陽光通過玻璃棱鏡后，可以分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫一系列的彩色光。1.1.2物體的顏色物體可分為發(fā)光體與非發(fā)光體。發(fā)光體的顏色由它所發(fā)出的光譜所確定。非發(fā)光體所呈現的顏色，是指該物體在特定光源照射下，反射（或透射）的一定可見光譜成分作用于人眼而引起的視覺效果。

彩色感覺不但與物體本身對光的反射和吸收特性有關，還與光源所含的光譜成分有關，因此同一物體在不同光源照射下呈現的彩色也有所不同。

1.2人眼的視覺特性1.2.1視覺靈敏度

人眼對不同波長光的敏感程度稱為視覺靈敏度。圖所示為人眼相對視敏度V（λ）曲線。圖1-3相對視敏度曲線人眼對波長為555nm的黃綠光亮度感覺最大1.2.2亮度感覺

人眼的明暗感覺是相對的。

例如，某人從40W燈光照明的房間突然進入100W照明的同等房間時會感覺到亮，但若從500W照明的房間進入100W照明的同等房間就會感覺到暗。1.2.3人眼的分辨力

分辨力是指人眼在觀看景物時對細節(jié)的分辨能力，它取決于景物細節(jié)的亮度和對比度，亮度越低，分辨力越差。細節(jié)對比度越小，分辨力也越差。分辨力演示彩色分辨力人眼的彩色分辨率實驗分辨力演示同時制彩色電視是利用人眼空間細節(jié)分辨力差的特點，采用空間混色法將三基色光在同一平面的對應位置充分靠近，只要光點足夠小且充分近，人眼在一定距離外觀察到的就是其混合后的彩色。1.2.4視覺惰性

人眼的亮度感覺與實際亮度不是同步的。人眼的這一視覺特性稱為視覺惰性或視覺暫留。

滯后

當人眼感受到重復頻率較低的光強時，會有亮暗的閃爍感。通常將不引起閃爍感的最低頻率稱為臨界閃爍頻率，人眼的臨界閃爍頻率約為46Hz，高于該頻率時人眼不再感覺到閃爍。

閃爍頻率演示

順序制彩色電視正是利用人眼的視覺惰性，采用時間混色法將三基色光順序出現在同一平面的同一位置上，只要三基色光點相距時間間隔足夠小，人眼觀察到的就是其混合后的彩色。1.3三基色原理1.3.1彩色三要素

任一彩色光對人眼的視覺作用，都可用亮度、色調及色飽和度這三個參量來描述。這三個參量稱為彩色三要素。

亮度－指彩色光作用于人眼時所引起的明暗程度的感覺。視敏度的明暗對比2：與人的視敏度有關1：對于物體來講，照射光越強則反射光越強，則越亮；色度和色飽和度演示功率相同顏色的不同的藍燈和黃燈3：與光的波長有關

色調－指彩色光的顏色類別。例如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，分別表示不同的色調。色調取決于彩色光的光譜成分。1：發(fā)光物體取決于它的輻射光譜成分2：不發(fā)光物體由吸收和反射光譜特性及它的照明光源特性共同決定日光鎢絲燈熒光燈色度和色飽和度演示

色飽和度－指彩色光顏色的深淺程度。它與彩色光中含有的白光多少有關，飽和度越高則顏色越深，所含有的白光就越少。

通常把色調與色飽和度統稱為色度。在彩色電視系統中除要傳輸景物的亮度（可供黑白電視機接收）外，還必須傳送景物的色度。根據人眼的視覺特性，電視機屏幕上不需要重顯實際亮度，只要對比度相同即可獲得真實的亮度感覺。色度和色飽和度演示1.3.2三基色原理

用三種不同顏色的單色光按一定的比例混合，可得到自然界中絕大多數的彩色。具有這種特性的三個單色光叫基色光，這三種顏色叫三基色。其主要內容是：

1）三基色按一定比例混合，可得到自然界中絕大多數彩色；反之，自然界中絕大多數彩色，都可以分解為三基色。

2）三基色必須是相互獨立的，即其中任一種基色都不能由其它兩種基色混合得到。

3）混合色的色調和飽和度由三基色的混合比例決定。4）混合色的亮度等于三基色亮度之和。彩色圖像的發(fā)送與接收示意圖1、用分色系統將物體的顏色分解為三種基色，利用三只攝像管在掃描電路的作用下將三基色圖像信號轉變?yōu)槿娦盘枺?、通過傳送系統將代表三種基色分量的電信號傳送出去；3、在接收端把接收到的三基色電信號分別去控制彩色顯像管的三條電子束，在掃描電路的作用下，三條電子束分別轟擊熒光屏上相應的熒光粉，由于三色熒光粉依空間位置緊密鑲嵌在一起，利用人眼的視覺特性進行混色，就能將景物圖像重現。通過彩色攝像機中的分色光學系統來完成圖象三基色分解彩色圖像的分解彩色圖像的復原在接收端，利用彩色顯像管使三基色光像混合成原彩色圖像1.3.3混色法

利用三基色按不同比例混合來獲得彩色的方法，稱為混色法。用等能量的紅、綠、藍三束單色光同時投射到白色屏幕上，屏幕上將出現一幅品字形的三基色圓圖，如圖所示。相加混色

紅+綠=黃紅+藍=紫綠+藍=青紅+綠+藍=白青色+紅色=白色黃色+藍色=白色紫色+綠色=白色互補色三基色配色演示彩色三角形

1）三角形的頂點為三個基色，每條邊是其對應兩端點基色以不同比例組成的混色線。

2）三角形的重心是由紅、綠、藍三基色等能量組成的白色，而三角形各頂點與其對邊中點的連線必過三角形重心，即紅與青、綠與紫、藍與黃這三對互為補色也能構成白色。

3）三條邊上各點與重心的連線為等色調線，它越趨于重心，飽和度越低。三基色配色演示

間接混色法是利用人眼的視覺特性進行混色的方法。間接混色法又可分為空間混色法、時間混色法和生理混色法。

1.空間混色法是將三種基色光分別投射到同一表面上鄰近的三點上，則由于人眼的分辨力的限度，就能產生三種基色光混合的色彩感覺?？臻g混色法是同時制彩色電視的基礎。

2.時間混色法是將三種基色光按一定順序輪流投射到同一表面上，輪換速度足夠快，由于人眼的視覺惰性，將產生與三基色光直接混合時相同的彩色感覺。時間混色法是順序制彩色電視的基礎。

3.生理混色法目前尚未在彩色電視中采用?？臻g和時間混色演示1.3.4亮度方程當R=G=B=1時，混合色為白色，其亮度Y=0.30+0.59+0.11=1；

當R=G=1，B=0時，混合色為黃色，其亮度Y=0.30+0.59=0.89；當G=B=1，R=0時，混合色為青色，其亮度Y=0.59+0.11=0.70；當G=1，R=B=0時，為綠色，其亮度Y=0.59；當R=B=1，G=0時，混合色為紫色，其亮度Y=0.30+0.11=0.41；當R=1，G=B=0時，為紅色，其亮度Y=0.30；當B=1，R=G=0時，為藍色，其亮度Y=0.11；當R=G=B=0時，為黑色，其亮度Y=0。用三基色光配成100%的白光所需三基色的百分比。Y=0.30R＋0.59G＋0.11B

亮度方程式在彩色電視技術中有著很重要的地位，它是對彩色圖像進行三基色分解及對三基色進行編碼傳輸，解碼都必須遵循的一個基本公式。

標準彩條信號在黑白電視機中將顯示八個不同亮度等級的灰度條，從白逐漸變黑，中間為不同程度的灰色?；疑鶆澐值哪芗右詤^(qū)分的亮度層次數，稱為灰度?；叶燃墑e越高，即亮度層次越多，圖像越清晰、逼真。沒有灰度有灰度兩種混色光相加結果：Ex1:黃色＋青色=紅色＋綠色＋綠色＋藍色=淺綠色

Ex2:紫色＋黃色=紅色＋藍色＋紅色＋綠色=淺紅色

本章小結1.可見光的波長范圍為380~780nm，隨著波長的縮短，給人的色感依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。物體所呈現的顏色不僅取決于物體表面對光的吸收、反射特性，而且還與光源本，在適應了一身的特性有關。2.人眼的明暗感覺是相對的定的平均亮度以后，其視覺范圍的是有限度的，因此，電視機不需要重